基于TNF-α/NF-κB信號通路對IPF炎癥與焦亡的探討

王麗娜，羅 竹，黃小朵，徐昌君，嚴春蘭，羅進程，楊長福

（貴州中醫藥大學，貴州 貴陽 550002）

特發性肺纖維化（Pulmonary Fibrosis,IPF）是由多種因素導致的纖維增殖性疾病，是以細胞外基質（Extracellular Matrixc，ECM）沉積伴隨炎癥損傷、大纖維細胞增生，導致肺組織結構破壞為特征的病理過程[1]。迄今,對于IPF西醫以糖皮質激素治療為主，激素類藥物對特發性肺纖維化有良好的抑制作用，并且在臨床廣泛使用。近年來，據有關研究顯示，特發性肺纖維化的患病率呈現逐步上升的趨勢[2]，且這種趨勢隨著年齡的增加而升高。一旦被確診為肺纖維化，其預后差，一般生存年限平均約2.8～4.2年。

因此，探究IPF疾病發生發展的機制，對于指導臨床用藥以及提高居民生活質量，具有不可忽視的作用。本文將從炎癥反應方面探究其可能的相關機制。

1 早期肺泡巨噬細胞誘發的炎癥，與促炎因子TNF-α密切相關

早期肺泡巨噬細胞誘發的炎癥，與促炎因子TNF-α密切相關，大量釋放促炎因子TNF-α有可能導致后期纖維化的發生。早期的炎癥反應可能與TNF-α激活NF-κB信號通路有關，因此可以作為防治肺纖維化早期的靶向通路。

1.1 早期肺泡巨噬細胞誘發的炎癥反應是IPF發病的重要原因,炎癥反應與TNF-α高表達有關

IPF發病早期主要是由于受到外界刺激，血液內的單核細胞啟動免疫反應，外界刺激突破免疫屏障后，會誘導單核細胞轉化為巨噬細胞，巨噬細胞可以產生促炎因子。TNF-α是一種由活化的巨噬細胞產生的促炎因子，它的由來是經過一系列的研究發現的。早期，腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）最開始出現是在1975年，由E.A.Carswell等人發現，當注射細菌脂多糖在接種卡介苗的小鼠身上后,血清中會出現一種能使多種腫瘤發生出血性壞死的物質，這種物質被命名為TNF，而活化巨噬細胞，T淋巴細胞及NK細胞可以產生TNF，并且能夠殺死體內、體外的某些腫瘤細胞，且能夠產生抑制腫瘤細胞增殖的作用。在1985年，Shalaby把巨噬細胞產生的TNF命名為TNF-α，其中腫瘤細胞株對TNF-α具有很大的敏感性差異。

有研究表明，腫瘤壞死因-α（TNF-α）具有促纖維化的作用，表現在TNF-α 不僅可以參與自身局部損傷和炎癥反應，可以增加促炎活性和進行免疫調節,也可以介導其它細胞和炎癥因子的表達,從而促進成纖維細胞的增殖和膠原的合成與分泌。同時TNF-α還可以擴大炎性損傷，表現在TNF-α可以單獨或協同補體C3a、C5a，誘導其他細胞合成進而分泌炎性因子，因此TNF-α是肺纖維化形成和發展過程中關鍵性的炎癥細胞因子，當TNF-α高表達時,肺纖維化炎癥發展更迅速。此外，TNF-α與在其他呼吸系統疾病的炎性反應當中也發揮著重要的作用。

1.2 前期研究發現：

促炎因子TNF-α可以直接或間接激活NF-κB信號通路,誘導炎癥反應發生,在肺纖維化炎癥中起到重要作用,是治療肺纖維化有效靶點

研究表明,NF-κB是一條存在于多種類型細胞中的信號通路，與細胞內生物學功能和炎癥反應密切相關[3-4],并且能和許多基因啟動子區域的固定核苷酸序列結合,啟動基因轉錄，可以在炎癥反應、細胞的生長調控及機體免疫應答等方面發揮重要作用。其中，TNF-α作為一種基因啟動子區域,含有NF-κB的位點,TNF-α可以通過激活IKK,進而激活NF-κB信號通路，TNF-α作為激動劑進一步增強NF-κB的轉錄活性,刺激NF-κB活化，NF-κB 活化后，可增強TNF-α、IL-1β 的轉錄,從而使細胞產生和釋放的TNF-α、IL-1β增多，新產生的TNF-α、IL-1β進而再次激活NF-κB,并使IL-6、IL-8等促炎細胞因子的產生和釋放量增多,因此活化的NF-κB反過來又增加TNF-α的形成,二者形成的正反饋調節環可不斷擴大炎癥反應和加深纖維化程度。

2 NLRP炎癥小體激活，搭建Caspase-1平臺，與細胞焦亡的發生具有可能性的機制研究

細胞焦亡是一種胱天蛋白酶（caspase）依賴的、伴隨細胞內容物釋放及程序性細胞死亡的方式[5]，主要是由NLRP炎癥小體（NALP inflammasome）啟動的，炎性小體是由NLRP、凋亡相關點樣蛋白（ASC）和caspase-1構成的多蛋白復合物。其中NLRP3炎癥小體（NALP3 inflammasome）是目前研究比較清楚的炎癥小體，NLRP3炎癥小體可以被胞質內病原體或內源性分子激活，進而激活與NLRP3偶聯的caspase-1，IL-1β、IL-18前體被caspase-1剪接成熟，釋放至胞外。IL-1β、IL-18可驅化各種炎性細胞聚集[6]，誘發組織炎癥反應。對于感染性疾病，細胞焦亡可能是保護性反應，但細胞焦亡異常則引起嚴重的組織損傷。

3 NF-κB與NLRP炎癥小體關系

NF-κB這條與炎癥反應密切相關的信號通路可以刺激炎性小體NLRP3,提供Caspase-1激活的平臺,促進前體IL-1β、IL-18 釋放和累積,使IL-1β、IL-18活化,通過誘導焦亡的底物GSDMD蛋白,透過細胞膜分泌到細胞外,和其他炎性細胞聚集,擴大炎性反應。

NLRP炎癥小體（NALP inflammasome）在啟動細胞焦亡中發揮關鍵作用，其中，NLRP3炎性小體是目前研究最多和研究最深的一個炎性小體,其激活機制需要兩個信號：第一個信號是NF-κB的刺激，其中，細胞膜上的TLR識別胞外的危險相關分子模式或病原體相關分子模式TLR4，進而可以識別細菌脂多糖（LPS），從而激活NF-κB信號通路，誘導多種NOD樣受體（例如NLRP3）蛋白以及pro-IL-1β/pro-IL-18的表達，成熟后的pro-IL-1β/pro-IL-18釋放到胞外介導炎癥的級聯反應，導致宿主免疫反應的發生；第二個信號是某一個NLRP3激活介質[7]，它在NLRP3炎癥小體的精確組裝時提供信號。當NLRP3被激活后，ASC會出現成核現象的朊病毒樣，募集更多ASC，從而不斷聚集成為一個大而穩固的絲狀物,提供caspase-1激活的平臺[8]。當caspase-1被激活后，會促進IL-1β、IL-18前體剪接成熟，成為活化的IL-1β、IL-18，被激活的IL-1β、IL-18通過GSDMD蛋白在細胞膜打孔破膜，被分泌到細胞外，與其他炎癥細胞集合從而擴大炎癥反應[9]。在這條激活通路中，GSDMD是誘導細胞焦亡的關鍵蛋白，邵峰課題組發現GSDMD被抑制的巨噬細胞在受到脂多糖或者經典炎性小體的配體刺激時，雖然caspase-1可使IL-1β前體被加工成熟,但不會分泌到細胞外，因此并不會發生細胞焦亡。英國《自然》周刊同時發表的兩篇論文也指出，gasdermin-D（GSDMD）蛋白是caspase-1，caspase-4，caspase-5，caspase-11的共同底物[10]，與細胞焦亡密切相關，其機制可以通過相關研究報道發現GSDMD的N端結構域可以通過誘導細胞焦亡，擴大炎性反應，而C端結構域通過與N端結構域相結合能夠抑制細胞焦亡，控制炎性反應。因此，我們可以推測通過抑制焦亡相關蛋白的表達，阻斷NLRP3的活化，可能會控制炎癥的發生發展，從而影響IPF進程。

4 討 論

IPF主要是由于外界刺激突破免疫屏障，生成活化的巨噬細胞，巨噬細胞可以產生促炎因子TNF-α，TNF-α可以直接或間接激活NF-κB信號通路，激活后的NF-κB信號通路可以誘導包括NLRP3在內的相關點樣受體，激活Caspase-1平臺，促進pro-IL-1β、IL-18剪切成熟，通過焦亡底物GSDMD在細胞膜上破膜打孔，釋放到細胞外，與其他炎癥因子結合，從而擴大炎癥反應，引起細胞焦亡。

由此可見，IPF發病早期活化的巨噬細胞誘發炎癥反應，炎癥細胞大量浸潤肺泡組織和肺間質，其產生細胞死亡的方式可能與細胞焦亡有關，這條與細胞焦亡相關的信號通路可以作為治療IPF的一條靶向通路，研究藥物通過抑制焦亡，降低炎癥反應，從而影響IPF發生發展的進程。